Table of Contents

مقدمه مقدماتی

توسعه یک سیستم پانکراس مصنوعی برای بیماران متخصص اطفال نشان دهنده یکی از بلند پروازترین مرزهای مدیریت دیابت است، این سیستم های تحویل انسولین خودکار یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM)، یک پمپ انسولین و یک الگوریتم کنترل برای تقلید عملکرد مداوم از یک پانکراس سالم را برای کودکان مبتلا به دیابت نوع 1 ترکیب می کنند، یک پانکراس مصنوعی قابل اعتماد می تواند به طور چشمگیری بار چک های مداوم گلوکز و تغییرات انسولین را کاهش دهد، در حالی که کاهش موانع سازگاری طولانی مدت و تنظیم آن از این روش های فنی است.

کارآزمایی های بالینی اخیر نشان داده اند که سیستم های حلقه بسته هیبریدی می توانند زمان را به اندازه 10 تا 15 درصد در گروه های کودکان در مقایسه با پمپ درمانی سنسور به تنهایی بهبود بخشند، با این حال جاده برای سیستم های کاملا خودکار و بدون نظارت برای کودکان همچنان به جای اینکه تفاوت های فیزیولوژیکی بین کودکان و بزرگسالان را به وجود آورند، مانند حساسیت به انسولین بالاتر، نوسانات سریع گلوکز و رشد غیر قابل پیش بینی - اجازه می دهد تا آنها را به راحتی از طریق استفاده کنند و تکنیک های فنی و متمرکز کنند که هر یک مانع از آن استفاده کنند.

چالش های فنی کلیدی در توسعه پانکوماتیک کودکان

دقت سنسور و مینیاتوراسیون

CGM پایه هر سیستم حلقه بسته است. [3] در بیماران متخصص اطفال، سنسور نه تنها باید بسیار دقیق باشد، بلکه به اندازه کافی کوچک و راحت برای پوشیدن روزانه در بازوی کودک، شکم یا بالاتر است. [کودکان به طور چشمگیری پوست را از بین می برند و کمتر از حد بافت جدا می شوند، و سنسور باعث می شود که آسیب بیشتری وارد کند و خطر ابتلا به اضافه شدن، و سرعت رشد بدن را کاهش دهد.

الگوریتم سازگاری با فیزیولوژی متغیر

متابولیسم کودکان بسیار پویاتر از محرک های رشد بزرگسالان است[۳] نوسانات هورمونی در دوران بلوغ، فعالیت فیزیکی غیر قابل پیش بینی و الگوهای غذایی نامنظم همه باعث نوسانات سریع و اغلب چشمگیر در رژیم غذایی فشار خون می شوند؛ این سنسور پردازشی که به خوبی برای یک بزرگسال ثابت کار می کند، ممکن است به سرعت به سرعت به یک لبه تشخیص کودک در سراسر زمین بازی یا یک کیک تعجب آور پاسخ دهد.

قابلیت های سخت افزاری و Wearability

یک سیستم پانکراس مصنوعی شامل چندین جزء است - CGM، پمپ انسولین، کنترل کننده (اغلب یک گوشی هوشمند یا دستگاه اختصاصی)، و پیوندهای ارتباطی برای یک کودک، کل سیستم باید بدون اندازه گیری، چسب مرطوب و ضدعفونی کننده باشد؛ لوله های کوچک می توانند در طول خواب یا بازی دچار مشکل شوند؛ پچ های چسب می توانند باعث تحریک پوست یا واکنش های آلرژیک شوند؛ و پمپ ها باید به اندازه کافی کوچک باشند (که آخرین قطعات ذخیره سازی شده بدون اینکه یک دستگاه ذخیره سازی شوند).

قابلیت همکاری و قابلیت اطمینان ارتباطات

ارتباطات بی سیم بین CGM، پمپ و کنترل کننده به طور معمول از طریق بلوتوث کم انرژی (در محیط کودکان، تداخل سیگنال از دستگاه های دیگر، مانع فیزیکی توسط لباس یا مبلمان، و تخلیه باتری در کنترل کننده می تواند اتصال از دست رفته برای بیش از چند دقیقه را فراهم کند: تحویل انسولین برای توقف یا سوئیچ به نرخ های پیش برنامه ریزی شده پایه، به طور بالقوه منجر به اجرای دقیق تولید کنندگان (F2) می شود.

پیشرفت در تکنولوژی سنسور

NextGeneration Glucose Monitors

26 سال اخیر پیشرفت های قابل توجهی در تکنولوژی CGM دیده شده است. دستگاه هایی مانند Dexcom G7 و ابوت Freestyle Libre 3 در حال حاضر سنسور های پیشرفته تر برای کاهش میزان حساسیت به کودکان، با قرار دادن عمق سیگنال های غیر قابل اندازه گیری برای پوست کودکان، این سنسورها از عناصر پیشرفته الکتروشیمیایی و طرح های التهابی کارخانه استفاده می کنند، نیاز به حذف دقیق تر شدن دقیق تر دارند (به این معنی کاهش میزان قابل توجهی از طریق کاهش میزان دقیق بودن سیگنال های غذایی).

رویکردهای غیر تهاجمی و کم کم کم تهاجمی

برای از بین بردن سوزن های دینامیکی، چندین گروه به دنبال روش های نظارت بر گلوکز غیر تهاجمی هستند. [۱] سنسورهای نوری با استفاده از طیفوسکوپی نزدیک به فیبر مادون قرمز یا رامن، مطالعات آنزیمی معکوس، و آرایه های کوچک مورد نیاز در مراحل مختلف توسعه گلوکز (۱) هستند، در حالی که هیچ هیپوژ غیر تهاجمی CGM هنوز با دقت زیرمجموعه تجاری سازگار است، سنسور (FLT0: {به طور چشمگیری می تواند به طور چشمگیری در محیط های تست پوست آسیب برساند.

قابلیت سنسور و کالیبراسیون تحت شرایط واقعی جهان

کودکان فعال هستند و سنسورهای آنها باید مقاومت در برابر خم شدن، اثرات، عرق و شنا کردن.تولید کنندگان در حال حاضر با استفاده از بسترهای انعطاف پذیر و چسب های ضد آب قوی که حفظ یکپارچگی برای 10 تا 14 روز است، الگوریتم های کالیبراسیون خودکار که قبلاً GLT:0 خود را اصلاح می کنند برای حرکت سیگنال یا اثرات ناشی از فشار (به عنوان فشار شناخته شده) در همان زمان، حتی در کاهش داده های تعدیل شده است که هنوز هم به عنوان مثال کاهش داده های کاهش می یابد.

بهینه سازی الگوریتم برای فیزیولوژی کودکان

آموزش ماشین آلات یادگیری در داده های کودکان

عملکرد الگوریتم کنترل به طور مداوم بر کیفیت و مقدار داده های آموزش بستگی دارد (تعداد مطالعات اولیه تقویت مصنوعی از داده های بزرگسالان استفاده می کنند که منجر به عملکرد زیر بهینه در کودکان می شود. امروز، محققان مجموعه های بزرگ آموزش مبتنی بر فیبر را از آزمایش های بالینی کودکان (LT 2: 2 تا 18) می سازند که شامل انواع مختلف غذا، پروتکل های ورزشی و معیارهای رشد است.

فعالیت فیزیکی و تنوع غذایی

یکی از سخت ترین چالش های الگوریتمی پیش بینی اثر ورزش بدون اعلام شده (در کودکان، حتی فعالیت فیزیکی خفیف می تواند باعث کاهش سریع گلوکز شود، در حالی که دقت شدید aaerobic ورزش (به عنوان مثال، اسپریت) ممکن است باعث افزایش سریع الگوریتم های پیشرفته انتقال شود (FLT:0 تشخیص فعال[۱۰] [FLT: ۱.۳] با استفاده از یک پیشنهاد شتاب دهنده داده ها (برای مثال، سرعت انتقال یا سرعت بالا رفتن، اگر آن را کاهش دهد، یا تغییر می تواند یک ماژول های ردیابی دقیق را کاهش دهد.

محدودیت های ایمنی و مکانیسم های شکست خورده

از آنجا که کودکان همیشه نمی توانند علائم هیپوگلیسمی را به طور کامل بیان کنند، الگوریتم باید چندین لایه ایمنی داشته باشد (FLT 2:0) قبل از اینکه به طور کامل علائم سنسور کم خطر را متوقف کند، هنوز هم استاندارد است: زمانی که الگوریتم پیش بینی می کند مقدار گلوکز زیر یک آستانه خاص در عرض 30 دقیقه، آن را به طور خودکار تحویل انسولین را متوقف می کند و هشدار می دهد محدودیت های اضافی مراقبت کننده شامل حداکثر عملکرد تکبولی است که نیاز به تغییر مجدد الگوریتم دارند.

شخصی سازی از طریق دوقلوهای دیجیتال

گام بعدی در بهینه سازی الگوریتم استفاده از دو جفت دیجیتال فن آوری - یک شبیه سازی مجازی از سیستم متابولیک کودک است که به طور موازی با دستگاه یادگیری واقعی ترکیب می شود، با به روز رسانی مداوم مدل آن بر اساس داده های سنسور، دوقلو دیجیتال می تواند سناریوهای "چه اندازه گیری" (به عنوان مثال، اگر من این دوز در حال حاضر به کاربران استاندارد داده های خودکار را مقایسه کنم) و در حال توسعه داده های بالینی دو را به طور مداوم.

ایمنی و ملاحظات نظارتی

FDA و چارچوب های تنظیم مقررات بین المللی

سازمان غذا و داروی آمریکا (۶) نیازمندی های ویژه ای را برای پانکراس مصنوعی ایجاد کرده است.[۳] طبق راهنمای سیستم دستگاه های مصنوعی Pancreas، کتوز، و الگوریتم نظارت دقیق کودکان را که شامل کودکان به عنوان دو سال می شود، با نظارت دقیق از حوادث نامطلوب مانند هیپوگلیسمی شدید، کتوژنیک، و اختلال در مطالعه (اغلب می تواند شامل کودکان به طور صحیح باشد.

امنیت سایبری و حریم خصوصی داده ها

سیستم های مصنوعی به ارتباطات بی سیم متکی هستند – به طور معمول بلوتوث کم انرژی – بین سنسور، پمپ و کنترل کننده (اغلب یک تلفن همراه) این سطح حمله نگرانی در مورد دسترسی غیر مجاز به پمپ یا تغییر مخرب دستورات استاندارد انسولین را افزایش می دهد؛ بدن های تنظیم کننده در حال حاضر نیاز به تولید کنندگان برای اجرای قوی تر تجهیزات امنیتی ایمن (F1.1)

هشدار دهنده خستگی و طراحی کاربر

هشدار مکرر - برای گلوکز پایین، گلوکز بالا، خطاهای سنسور، کپسول های پمپ (۳) و هشدار باتری - می تواند به سرعت منجر به خستگی هشدار در والدین شود، اگر سیستم بیش از حد پر سر و صدا است، مراقبین ممکن است هشدارهای بدون درز را غیرفعال کنند، و آنها را نادیده بگیرند، در حالی که سیستم ایمنی بدن به طور هوشمند هشدارهایی را در اولویت قرار می دهد، سرکوب اعلان های غیر بحرانی در طول شب و استفاده از سطوح هشدار دهنده (در حال حاضر باید به اندازه کافی برای تشخیص دادن ویژگی های هشدار دهنده سیستم عامل برای درک سیستم عامل هشدار در محیط های مهندسی هشدار دهنده هشدار در محیط های هشدار دهنده هشدار به اندازه کافی برای تشخیص داده شده است.F برای تشخیص داده شود.

اعتبار بالینی و نتایج واقعی جهان

نتایج کارآزمایی بالینی کودکان

آزمایش های اخیر نشان داده اند که اثربخشی سیستم های حلقه بسته هیبریدی در کودکان (FLT:0CLOSE Trial (کنترلگلیسمی در جوانان) نشان می دهد که کودکان با استفاده از سیستم نظارت بالینی Tandem ControlIQ به معنای جمع آوری زمان در محدوده 70٪ در مقایسه با 56٪ مطالعاتگلیسمی در گروه، بدون افزایش شدید در زمان سنجه ای که به طور متوسط کاهش یافته اند.

بازخورد کاربر و بهبود آن

صدای کاربر - هر دو کودک و مراقب - برای بهبود این سیستم ها بسیار مهم است؛ بررسی هایی که توسط JDRF] انجام شده اند و توصیه می شود، اغلب با استفاده از سیستم پردازش زمان (حس هشدار شب)، اختیاری (دستگاه های کوچک)، و ساده (fefeting).

مسیر های آینده

ادغام هوش مصنوعی و دوقلوهای دیجیتال

مرز بعدی استفاده از دوقلوی دیجیتال فن آوری انسولین به طور بالقوه - یک شبیه سازی مجازی از سیستم متابولیک کودک که به طور موازی با دستگاه واقعی جهان حرکت می کند، با به روز رسانی مداوم مدل آن بر اساس داده های سنسور، دوقلوهای دیجیتال می توانند سناریوهای "چه اندازه گیری" را شبیه سازی کنند (به عنوان مثال، "اگر من این دوز در حال حاضر، محققان به طور مداوم ترکیب داده های ترکیبی از زمان بالینی را بهبود می دهند؟" و در حال حاضر اجازه نمی دهند.

سیستم های ایمپلنت و کاملا بسته

محققان همچنین در حال تلاش برای به طور کامل اجزای مصنوعی پانکراس هستند.یک CGM قابل ایمپلنت که 90 تا 180 روز طول می کشد می تواند نیاز به تغییرات سنسور مکرر را از بین ببرد، در حالی که یک پمپ انسولین ضد اسید ضد اسید ضد اسید است که در ابتدا با استفاده از روش های ضد جراحی، پردازش می کند (FLT:0SENSE پروژه [F1] [F1] (کاهش و نانو برای کنترل شدن در معرض خطر)

طراحی بیمار و شواهد واقعی جهان

در نهایت، موفقیت هر پانکراس مصنوعی کودکان وابسته به پذیرش توسط کودکان و خانواده های آنها است.توسعه آینده تاکید بیشتری بر طراحی کبد - کودکان، والدین و متخصصان بهداشت و درمان کودکان را در هر مرحله از مفهوم به محصول نهایی افزایش می دهد، مانند برنامه های پاداش که تشویق کودکان به حفظ سطح گلوکز در محدوده، به علاوه افزایش یافته است.

غلبه بر موانع فنی در توسعه پانکراس مصنوعی کودکان یک تلاش چند رشته ای است که نیاز به پیشرفت در علم سنسور، یادگیری ماشین، مهندسی مواد و طراحی عوامل انسانی دارد، در حالی که چالش ها ادامه دارد - به ویژه در سازگاری الگوریتم و سایش دستگاه - سرعت نوآوری با همکاری مداوم بین دانشگاه، صنعت و بدن های نظارتی، وعده یک ایمن، موثر و سالم آزمایشگاه به طور مداوم بهبود زندگی روزمره با کیفیت واقعی از یک روش کنترل بالینی است.